第1单元-集成电路基础

第一单元集成电路基础第一单元集成电路基础1.集成电路概述2.集成电路产业链1.集成电路概述晶体管和集成电路的发明1947年12月世界上第一个点接触锗晶体管（观察到放大效应）在美国电报电话公司（AT&T）贝尔实验室（Belllab）诞生。1.集成电路概述1949年结型晶体管理论被提出，并于1950年在贝尔实验室研制成功，开辟了电子技术的新纪元。1956年，威廉·肖克莱（WilliamShockley）、约翰·巴丁（JohnBardean）、沃特·布拉顿（WalterBrattain）共同获得诺贝尔物理学奖。1.集成电路概述1952年5月，英国皇家研究所的达默（G.W.A.Dummer）第一次提出“集成电路”的设想。1958年9月，美国德州仪器（TI）公司的杰克·基尔比（JackKilby）发明集成电路，1959年2月申请专利并于1964年获得授权，2000年12月获得诺贝尔物理学奖。1.集成电路概述1959年7月，美国仙童（Fairchild）半导体公司的罗伯特·诺伊斯（RobertNoyce）发明平面工艺硅集成电路，1961年获得授权。诺贝尔奖评审委员会评价集成电路的发明“为现代信息技术奠定了基础”1.集成电路概述集成电路的发展与动力据有关资料测算，集成电路对国民经济的贡献远高于其他门类的产品。产品单位质量对国民生产值（GNP：GrossNationalProduct）的贡献钢筋1小轿车5彩电30计算机1000集成电路20001.集成电路概述1965年，Intel联合创始人戈登·摩尔提出了他著名的理论：半导体芯片上可集成的元器件的数目每12个月便会增加一倍。后来修正为每18个月翻一番。1.集成电路概述1.集成电路概述1.集成电路概述集成电路的产品族分类第一单元集成电路基础1.集成电路概述2.集成电路产业链2.集成电路产业链集成电路产业链设计芯片制造封装测试还有工装设备（精密模具、光掩模、光机电一体机、大型测试仪器等）、材料（硅材料、特种材料）、精细化学试剂、特种气体和软件等配套、支撑产业。2.集成电路产业链IDM（IntegratedDeviceManufacture，集成器件制造）商业模式涵盖了IC设计、IC制造、封装测试等各环节，甚至延伸至下游电子终端。IDM企业的利润率比较高。根据“微笑曲线”原理，最前端的产品设计、开发与最末端的品牌、营销具有最高的利润率，中间的制造、封装测试环节利润率较低。垂直分工商业模式源于产业的专业化分工，随着分工的逐渐深入，形成了专业的IP（知识产权）核、无生产线的IC设计（Fabless）、晶圆代工（Foundry）以及封装测试（Package&Testing）厂商。2.集成电路产业链集成电路设计业集成电路设计的发展历史电子电路系统设计自动化（ESDA：ElectronicSystemDesignAutomation）电子设计自动化（EDA：ElectronicDesignAutomation）计算机辅助设计制版（CAD：ComputerAidedDesign）人工设计计算机辅助制版原始的人力手工设计制版2.集成电路产业链版图设计电路设计逻辑设计结构设计行为设计集成电路设计流向“自顶向下”设计系统总合成子系统设计功能块设计分单元设计分版面设计“由底往上”设计2.集成电路产业链光刻掩模版版图绘制与生成版图设计硬件仿真测试逻辑与电路设计电路功能设计集成电路设计基本流程人工手绘EDA设计生成光掩模生成版图与掩膜文件版图综合和后模拟逻辑综合和时序模拟功能模拟电路系统设计2.集成电路产业链设计的硬件与软件平台硬件平台：服务器、工作站、PC机等软件平台：2.集成电路产业链设计与测试集成电路设计与测试紧密相关，如测试业中的设计验证以检测设计错误和缺陷为目的。设计公司测试外包：•费计时、耗人力的验证测试•需有昂贵ATE测试平台•专门测试编程的成品测试•各种可靠性试验与相应统计•失效分析测试2.集成电路产业链集成电路芯片制造业现代集成电路芯片制造业（Foundry）以订单加工为主业，只负责利用企业现有成熟工艺进行芯片制造。晶圆尺寸（mm）Φ38→Φ50→Φ75→Φ100→Φ125→Φ150→Φ200→Φ300→Φ450→…加工特征尺寸μm：8.0→6.0→5.0→4.0→3.0→2.0→1.5→1.0→0.8→0.6→0.35→0.25→0.18→0.13→nm：90→65→45→28→20→14/16→10→7→5→…2.集成电路产业链芯片制造基本工艺•双极型、CMOS和BiCMOS•基本工艺包括光刻、掺杂、隔离、薄膜、刻蚀、金属化芯片制造基本工艺设备基本工艺设备有光刻机、涂胶机、显影机、清洗机、烘箱、化学气相淀积（CVD）、刻蚀机、外延炉、离子注入机、氧化/扩散炉、真空蒸发/溅射台、铜电镀槽等。芯片制造与测试集成电路芯片制造与测试息息相关，如芯片制造过程中的工艺监控测试和晶圆测试（中测）。晶圆测试的内容主要有芯片的功能、直流和极限参数测试，以及能提取工艺监控参数、电路质控参数和设计模型参数的微电子测试结构。2.集成电路产业链集成电路封装业封装和测试的密切相关程度很高，通常做封装的兼做成品测试，由封装测试公司（Assemble&Test）完成。IC芯片粘接芯片局部镀金引线框架冲制导线丝焊接制柸模塑料高频预热模具塑封镀锡引线切筋打弯成型成品去溢料2.集成电路产业链常见封装形式可靠性设计可靠性评估测试芯片试产（流片、中测、封装）EDA设计量产成品测试评价故障诊断测试可测性设计市场需求2.集成电路产业链集成电路测试业集成电路产业链中测试与产品的设计、芯片制造和封装的关系如下所示•设计中的验证测试•芯片制造过程中的工艺监控测试和晶圆测试（中测）•封装后的成品测试（成测）•可靠性保证测试2.集成电路产业链